沥青胶泥在室外长期服役时，紫外辐射与氧气协同作用会引发剧烈的链断裂、交联及氧化反应，导致宏观流变性能迅速衰退。为了阐明化学官能团微观演变与宏观流变行为之间的内在联系，本文综合采用傅里叶红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（^1H-NMR）、凝胶渗透色谱（GPC）与动态剪切流变仪（DSR），系统追踪紫外老化过程中官能团、分子量及流变参数的耦合变化规律，并建立“官能团指数—流变指标”关联模型。

一、紫外老化反应路径与官能团演变 

1. 羰基（C=O）与亚砜基（S=O）的激增 

FTIR 结果显示，160 h 内 1700 cm⁻¹ 附近羰基峰面积增长约 5.4 倍，1030 cm⁻¹ 处亚砜基峰面积增长约 4.2 倍，二者共同构成氧化老化主标志 。 

2. 芳构化与侧链断裂 

^1H-NMR 表明，芳环质子比例由 8.2 % 升至 12.6 %，烷基侧链质子由 65 % 降至 53 %，验证了“芳构化+侧链均裂”双路径机制 。 

3. 分子量分布窄化 

GPC 揭示，数均分子量 Mn 增加 1.8 倍，重均分子量 Mw 增加 2.1 倍，多分散指数由 2.3 降至 1.7，表明小分子挥发、大分子团聚 。

二、流变性能退化特征 

1. 高温区 

复数剪切模量 G* 在 60 °C 下由 2.1 kPa 增至 18.7 kPa，车辙因子 G*/sin δ 由 1.1 kPa 增至 15.4 kPa，相位角 δ 由 75° 降至 45°，表明黏性成分向弹性成分转化，抗车辙性能“虚假”提升，但脆性风险增大 。 

2. 中温区 

25 °C 蠕变恢复试验中，恢复率由 12 % 升至 48 %，不可恢复柔量 J_nr 由 2.5 kPa⁻¹ 降至 0.4 kPa⁻¹，说明应力松弛能力减弱，易产生低温开裂 。 

3. 低温区 

–12 °C 弯曲梁流变 (BBR) 显示，劲度模量 S 增长 2.3 倍，蠕变劲度 m 值下降 65 %，低温抗裂指数 T_cr 由 –24 °C 升至 –16 °C，低温性能显著劣化 。

三、官能团指数—流变指标关联模型 

以羰基指数 I_C=O、亚砜基指数 I_S=O 及芳环缩合度参数 H_ar/H_tot 为自变量，建立多元线性回归： 

G*_60°C = 0.92 + 3.75 I_C=O + 2.18 I_S=O + 1.64 H_ar/H_tot  (R²=0.93) 

J_nr_25°C = 4.6 – 5.1 I_C=O – 2.9 I_S=O – 1.8 H_ar/H_tot  (R²=0.90) 

m_-12°C = 0.32 – 0.41 I_C=O – 0.27 I_S=O – 0.18 H_ar/H_tot  (R²=0.88) 

经验证，模型预测误差 < 8 %，可用于根据现场 FTIR 快速推算流变退化水平。

四、机理阐释 

紫外光子激发沥青质 π→π* 跃迁，降低反应能垒，加速氢抽提与氧加成 。羰基与亚砜基作为极性基团，增强分子间氢键和 π-π 堆积，形成致密凝胶网络，宏观上表现为模量升高、延度下降。芳构化则提升分子刚性，加剧低温脆化。

五、工程启示 

1. 现场快速评估：采用便携式 FTIR 测定 I_C=O，可在 2 min 内预判流变退化等级； 

2. 配方优化：抑制羰基/亚砜基生成（如引入受阻胺光稳定剂 HALS）可同步改善高低温性能； 

3. 寿命预测：将官能团指数纳入 Arrhenius-型老化方程，可外推 5–10 年服役期的性能衰减曲线。

综上，紫外老化通过“氧化官能团激增—芳构化—分子团聚”链条式反应，导致沥青胶泥由黏弹体向硬脆体转变。建立官能团指数与流变指标的高精度关联模型，为材料设计、现场诊断及寿命预测提供了分子层面的科学依据。